Способ измерения коэффициента теплопроводности

Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 300378 (2) 2597339/18-25с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 150780,Бюллетень Йо 26 51)М. Кл. С 01 М 25/18 1 осударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 150780(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 10 Изобретение относится к области теплофизического эксперимента и может быть использовано для определения коэфФициентов теплопроводности 5 широкого круга материалов и для контролирования качества заготовок и изделийСоздание новых конструкционных материалов, вопросы контроля качества иэделий из них ставят задачу разработки метода измерения коэффициента теплопроводности, позволяющего достаточно быстро, точно и просто измерять теплопроводность как на специально изготовленных образцах, так и непосредственно на изделиях.Существующие способы измерения коэффициентов теплопроводности можно 20 разделить на две группы встационарные и нестационарные способы.Стационарные способы основаны на наблюдении за температурным полем и тепловым потоком в образце в условиях 25 когда темературное распределение в нем остается неизменным. Эти способы характеризуются простыми и надежными расчетными уравнениями, но связаны со значительными затратами времени,требуют сложных схем электрического контроля и регулировки установок, Образцы должны иметь определенную геометрическую форму и определенные для каждой установки размеры 11).Нестационарные способы основаны на экспериментальном нахождении температурного поля в теле заданной формы, когда температурное распределение в нем меняется. Эти способы позволяют избежать необходимость измерения тепловых потоков, но требуют значительного времени на предварительную выдержку образцов нри определенной температуре. Обработка результатов в этих способах весьма сложна, в ряде случаев необходимо иметь данные о плотности и теплоемкости материала образца, точность этих способов невелика 2). Известен способ измерения коэффициентов теплопроводности твердых тел при помощи плоского зонда постоянной мощности.Зонд предствляет собой металлическую коробку, заполненнуто опилками и кусочками меди, с наклеенной на нее электрообмоткой, служащей одновре748208 о)о) (Нх к о Формула изобретения менно и нагревателем и термометромсопротивления.Зонд приводится в соприкосновениес образцом, имеющим форму плиты.Зонду сообщается мгновенный импульстепла ии на некотором расстоянии отнего фиксируется время наступленияатеммаксимума температуры Ф .3образец переворачивается, снова приводится в соприкосновение с зондом,которому сообщается мощность, поддерживаемая определенное время постоянной. Снимается зависимость1 р:С(",где- время экспериментами 1 - температура зонда. Тангенс угла наклонаэтой зависимости представляет собойкоэффициент теплаусвояемости - Ь,Коэффициент Лтеплопроводности материала образца определяется из соотношения 3 А=ьг)Этот способ по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к предлагаемому.Однако этот способ требует длительного времени и многократных измерений, что приводит к значительным погрешностямопределения Л . Размеры зонда, приводимые автором, (5 х 51 см) таковы, что образец должен быть весьма большим. Необходима установка датчика температуры на образце. Целью изобретения является повышение точности измерения и создание возможности измерения коэффициента теплопроводности непосредственно на иэделиях или заготовках любой формы без нарушения их целостности и установки на них датчика температуры.Цель достигается тем, что измеряют начальную температуру и температуру, установичшуюся через заданное время, блока нагрева и по разности тещператур определяют искомый коэффициент.Если на блоке нагрева имеется нагреватель постоянной мощности и датчик температуры,то уравнение тепло вого баланса для такого блока нагрева запишется в виде где с - мощность нагревателя,- начальная температура блоканагрева и массива,К - термическое сойротивлеййемассива тепловому потоку отблока наГрева;й - термическое сопротивлениеконтакта;й - термическое сопротивлениеокружающей среды тепловомупотоку от блока нагрева;Ср в ,теплоемкость блока нагрева,4Р ешение этого уравнения имеет видв( с )Сргде 1Х1 оИ змеряя М=-о на эталонных обраэцах с ах с различной теплопроводностьюстроят градуировочную кривую О х-МВ отличие от прототипаопределениекоэффициента теплопроводности сводится к замеру двух показаний прибора,регистрирующего температуру блоканагрева, и определению искомого значения по градуировочной кривой. Способ прост, не требует сложного приборного оборудования и высокой 0 квалификации оператора. Время эксперимента составляет 3-5 мин, что важно при массовом контрбле образцов,изделий или заготовок.Возможность изготовления блока 25 нагрева необходимых размеров и кривизны контактной поверхности позволяет исследовать объекты практическилюбой формы, при этом градуировкублока надо производить на эталонныхобразцах той же формы.Использование предлагаемого сгособа определения коэффициента теплопроводности обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:значительное сокращение временипроведения эксперимента (в 5-10 раз),что особенно важно при массовомконтроле образцов; простота проведения эксперимента не требует высокой квалификации оператора и уменьшает вероятность ошибки; способ нетребует сложного приборного оборудования и может быть осуществленнепосредственно на производстве или 45 технологической линии; возможностьопределейия коэффициента теплопроводности на иэделиях значительнорасширяет область его применения иисключает. расход времени и средствна изготовления специальных образцов. Способ измерения коэффициента теплопроводности, по которому пропускают тепловой поток постоянной,мощности от блока нагрева к исследуемому объекту с последующей регистрацией температуры, о т л и ч а ю щ и й с я 69 тем, что, с гймью повышения точности,измеряют начальную температуру и температуру, установившуюся через заданное время, блока нагрева и по разности температур определяют 65 коэФфициент теплопроводности.748208 гСоставитель В.ГусеваТехред .М.Петко Корректор Е.Папп Редактор М.Батанова Эаказ 4224/29 . Тираж 1019 . Подписное . ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )Х, Раушская наб., Д, 4/5в Фю филиал ППП "Патентф, г Ужгород, ул. Проектная, 4Источники информации,принятые во внимание при экспертизе